李廣藝

（哈電集團(tuán)佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002）

淺析緊湊型高壓三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)風(fēng)扇的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李廣藝

（哈電集團(tuán)佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002）

介紹半徑向葉片風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和內(nèi)風(fēng)路流體域模型的建立，對(duì)內(nèi)風(fēng)路與風(fēng)扇流體域計(jì)算與結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的綜合分析。

三相異步電動(dòng)機(jī)；半徑向葉片；風(fēng)扇設(shè)計(jì)

本文主要以YJKK系列電機(jī)作為例子進(jìn)行研究。此系列是目前中型高壓電機(jī)系列生產(chǎn)的旗艦產(chǎn)品，不僅因?yàn)樗谕萘侩姍C(jī)中數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于前代，還在于其運(yùn)行功率得到了大大提高。考慮到幾何相似定律的影響，功率密度越大，內(nèi)部散熱也一定會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，甚至還可能直接導(dǎo)致電機(jī)溫升達(dá)到理論限值。只有從冷卻系統(tǒng)入手，完成電機(jī)的升級(jí)工作，才能做到安全可靠的運(yùn)行。本文嘗試通過(guò)有限體積法理論，來(lái)重新優(yōu)化電機(jī)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)方案。

1 半徑向葉片風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

1.1 風(fēng)扇基本結(jié)構(gòu)

所研究的電機(jī)風(fēng)扇大都會(huì)采取后傾離心式設(shè)計(jì)，葉片型線選擇大都為直線，也有部分型線選擇圓弧和螺旋線。螺旋線型線的工藝十分復(fù)雜，相應(yīng)的加工難度顯然也會(huì)存在。通過(guò)對(duì)原有葉片中后傾風(fēng)扇進(jìn)行分析，可以將原有的風(fēng)扇葉片進(jìn)行改進(jìn)，將后傾葉片改為半徑向葉片，型線選擇為圓弧形，當(dāng)然，為保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不改動(dòng)風(fēng)扇的前后盤(pán)。

1.2 風(fēng)扇基本尺寸的確定

葉片頂部的平均直徑數(shù)字化和葉片根部平均直徑數(shù)值是保持不變的，結(jié)合電機(jī)內(nèi)風(fēng)路流體的基本參數(shù)將計(jì)算的數(shù)值進(jìn)行取整，這種結(jié)果是需要參考的片數(shù)，依照工廠采集的結(jié)果來(lái)看，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)，還應(yīng)將求得的值再減少一些為宜，為了取得更好的平衡目的，葉片的選取要選擇偶數(shù)。

2 內(nèi)風(fēng)路流體域模型的建立

2.1 內(nèi)風(fēng)路流體物理模型的建立

該系列的緊湊型電機(jī)所采用的通風(fēng)結(jié)構(gòu)屬于混流通風(fēng)型，當(dāng)然，這樣的結(jié)構(gòu)可以涵蓋內(nèi)外兩個(gè)風(fēng)路，其中可以看出低溫氣體。在入風(fēng)口完成進(jìn)入電機(jī)的第一步，通過(guò)到達(dá)繞組頂端后轉(zhuǎn)入軸焊筋板，這時(shí)會(huì)在擋風(fēng)板的空隙產(chǎn)生預(yù)期的高溫氣流，氣流隨之進(jìn)入到出風(fēng)口中。當(dāng)然，內(nèi)風(fēng)路的流體本身在流動(dòng)上具有不對(duì)稱性的特征。

2.2 內(nèi)風(fēng)路流體數(shù)學(xué)模型的建立

對(duì)一個(gè)電機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行考量，會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)流體是不可壓縮的。因此，可以將內(nèi)風(fēng)路流體的計(jì)算做出下列假設(shè)，這種情況只能在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下發(fā)生，這時(shí)的流體流動(dòng)與傳熱的情況屬于定常流動(dòng)，可以采用一種湍流模型對(duì)上述情形求出答案，最后建立模型。這時(shí)采用電機(jī)不考慮浮力和重力造成的影響，因?yàn)檫@時(shí)區(qū)域內(nèi)流體的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲速，直接造成的馬赫數(shù)非常小，因此,可以直接把機(jī)內(nèi)的流體視作不可壓縮流體來(lái)進(jìn)行處理。

3 內(nèi)風(fēng)路與風(fēng)扇流體域計(jì)算結(jié)果分析

本文主要通過(guò)的理論是流體力學(xué)理論和有限體積法兩大理論，是通過(guò)它們實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)內(nèi)風(fēng)路流體完成仿真測(cè)試工作的，最終得以窺見(jiàn)內(nèi)風(fēng)路流體域的整體分布，通過(guò)整個(gè)內(nèi)風(fēng)路流體域流體跡線，這時(shí)右側(cè)的流體本身會(huì)從冷卻器中流出，經(jīng)由定轉(zhuǎn)子來(lái)到內(nèi)風(fēng)扇位置上，這樣就完成了理論上的一個(gè)循環(huán)。當(dāng)然，對(duì)于葉片后傾風(fēng)扇的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，考慮到這種電機(jī)在基本運(yùn)行的時(shí)候受環(huán)境及建模影響的因素很大，本身并未考慮到流體阻力的因素，所以，這個(gè)時(shí)候計(jì)算出的流量實(shí)際上是大于實(shí)際數(shù)值的。我們還需要給出沿軸方向上風(fēng)扇葉片速度矢量的數(shù)值，這個(gè)時(shí)候風(fēng)扇的出風(fēng)速度實(shí)際上是大于葉片后傾風(fēng)扇的測(cè)量數(shù)值的。

我們還可以看出：風(fēng)扇的流量是伴隨靜壓的數(shù)值反向變化的，通過(guò)風(fēng)扇的曲線圖可以直觀地判斷出這個(gè)風(fēng)扇的基本性能，因?yàn)樵陔姍C(jī)內(nèi)部風(fēng)阻基本確定的前提下，它的風(fēng)阻曲線與靜壓曲線交匯的地方就是這個(gè)風(fēng)扇的工作點(diǎn)。當(dāng)這個(gè)葉片半徑向風(fēng)扇的流量變小時(shí)，是不能滿足正常工作要求的，實(shí)際上葉片后傾風(fēng)扇和葉片半徑向風(fēng)扇各自的額定工作點(diǎn)并不相同時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的靜壓數(shù)值也不一樣，得到的結(jié)果是：葉片半徑向風(fēng)扇內(nèi)風(fēng)路流體域的流體速度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原種葉片后傾風(fēng)扇的數(shù)值，所以建議以此種方式改進(jìn)設(shè)計(jì)風(fēng)扇，因?yàn)檫@樣會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于現(xiàn)行風(fēng)扇。

4 綜合分析

對(duì)緊湊型箱式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了上述運(yùn)行分析后，發(fā)現(xiàn)高額電機(jī)內(nèi)的三維流體場(chǎng)全域分析的結(jié)果實(shí)際上與測(cè)值的數(shù)值是吻合的，結(jié)果充分證明了我們所使用的模型是可以操作的，我們之前進(jìn)行的假設(shè)也是與邊界條件互相吻合的，證明了我們提出的半徑向葉片風(fēng)扇的存在基本的合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

可將電機(jī)常用風(fēng)扇的類型劃分為離心式、軸流式和斗式三種類型。其中，斗式風(fēng)扇由于其涵蓋了前兩種風(fēng)扇的優(yōu)點(diǎn)，所以，經(jīng)常被視作復(fù)合式風(fēng)扇被廣泛應(yīng)用到大型高壓電機(jī)之中。當(dāng)然，也存在當(dāng)風(fēng)路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的情況，這時(shí)候可以考慮到風(fēng)阻對(duì)風(fēng)壓的影響問(wèn)題，我們也可以采用離心式風(fēng)扇。本文正是通過(guò)這方面對(duì)風(fēng)扇理論進(jìn)行了一定的分析與計(jì)算，進(jìn)而提出了半徑向葉片風(fēng)扇的設(shè)計(jì)方案，而實(shí)際的測(cè)量計(jì)算結(jié)果也說(shuō)明了其相較于前設(shè)計(jì)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在風(fēng)量擴(kuò)大，并能達(dá)到快速降低電機(jī)溫升的目的，當(dāng)然，對(duì)于這種風(fēng)扇的改進(jìn)，并不會(huì)增加本身的成本，也不需要變換原有的安裝尺寸，但是，卻可提高風(fēng)扇在大型高壓電機(jī)上的使用效果，這一點(diǎn)十分重要。

［1］霍菲陽(yáng)，李勇，李偉力，等.大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子通風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的計(jì)算與分析［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，(06)：73-74.

［2］魏書(shū)慈，李士菊.淺談中小型電機(jī)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)［J］.電機(jī)技術(shù)，1996，(02)：60.

Analysis on Optimization Design of Internal fan for Compact High Voltage three Phase Asynchronous Motor

LI Guang-yi
(Jiamusi Electric Machine Company Limited,Heilongjiang,Jiamusi 154002,China)

This paper introduces the comprehensive analysis of the radius to the establishment of the fan blade design and endogenous wind road fluid domain model,endogenous wind road and fan flow field calculation and results of scientific.

Three phase asynchronous motor;Radius toblade;Fan design

TM343.2

B

1674-8646（2015）09-0034-02

2015-06-19